化學家發現了如何生產更好的電極

可再生能源向前邁出的又一步：綠色氫的生產將來可能更加高效。通過采用不同尋常的工藝步驟，馬丁·路德大學的哈勒-威登堡(MLU)化學家找到了一種方法，可以處理廉價的電極材料并在電解過程中顯著改善其性能。該小組的研究結果發表在ACS Catalysis雜志上。

氫被認為是可再生能源儲存問題的解決方案。它可以在本地的電解槽中生產，暫時存儲，然后非常有效地轉換成燃料電池中的電能。它也是化學工業中的重要原材料。然而，氫的綠色生產仍然由于所提供的電力的不良轉化而受到阻礙。MLU化學研究所的Michael Bron教授解釋說：“一個原因是，來自太陽和風的波動電的動態負載將材料迅速推向極限。廉價的催化劑材料迅速變得不那么活躍。” 。

他的研究小組現已發現一種可以顯著提高廉價氫氧化鎳電極的穩定性和活性的方法。氫氧化鎳是非常活潑但昂貴的催化劑(如銥和鉑)的廉價替代品。科學文獻建議將氫氧化物加熱到300度。這增加了材料的穩定性并將其部分轉化為氧化鎳。較高的溫度將完全破壞氫氧化物。布朗說：“我們希望親眼看到這一點，并將實驗室中的材料逐漸加熱到1000攝氏度。”

隨著溫度升高，研究人員在電子顯微鏡下觀察到了單個顆粒的預期變化。這些顆粒被轉化為氧化鎳，一起生長形成更大的結構，并且在非常高的溫度下，形成了讓人聯想起斑馬線的圖案。然而，電化學測試令人驚訝地顯示出顆粒的持續高活性水平，該活性水平應該不再可用于電解中。通常，在電解過程中，較大的表面以及因此較小的結構更具活性。“因此，我們將大得多的顆粒的高活性歸因于令人驚訝的是，僅在高溫下才會發生的效果：在顆粒上形成活性氧化物缺陷，” Bron說。

研究人員使用X射線晶體學發現了氫氧化物顆粒的晶體結構如何隨溫度升高而變化。他們得出結論，當加熱到900攝氏度時，即顆粒表現出最高的活性水平，缺陷會經歷在1000攝氏度下完成的過渡過程。在這一點上，活性突然下降。

布朗(Bron)和他的團隊充滿信心，因為他們發現了一種有前途的方法，因為即使經過6,000次循環的重復測量，加熱后的顆粒仍然比未處理的顆粒多發電50%。接下來，研究人員希望使用X射線衍射更好地理解為什么這些缺陷會增加活性。他們也正在尋找生產新材料的方法，以便即使經過熱處理也可以保留較小的結構。